机械领域 Top10 工程研究前沿

（6）全球导航卫星系统优化

全球卫星导航定位系统（GNSS）广泛应用于军事、导航、测绘、勘探、交通运输等领域，GNSS 技术的可靠性、响应速度及定位精度优化一直是国内外关注的研究前沿。近年来，GNSS 技术在汽车导航、智能手机等消费级产品中大量使用，在城市中呈现出广泛的应用前景。GNSS 技术是通过从多个导航卫星信号中提取“伪距”参数以实现位置估算。然而，由于城市内建筑群密集程度高，会形成对卫星信号一定程度的屏障与干扰，从而影响到 GNSS 的定位精度与响应速度。因此，提升GNSS 在城市工况中的鲁棒性并优化定位与导航精度的任务十分艰巨。近年来，GNSS 技术针对城市路况，在提升定位精度与相应速度的研究上取得了大量成果。其中，三维建筑模型辅助预测、数字地图辅助识别、阴影匹配定位算法等新型技术为城市中高精度定位的发展起到了重要作用，使得 GNSS的可靠性得以巨大提升。此外，GNSS 技术还受城市高架、桥梁、隧道等一系列复杂工况影响，依然面临严峻挑战。

（7）认知无线网络

认知无线网络是在无线网络的基础上发展出来的先进网络技术，其核心思想是通过频谱感知、自主决策及网络重构，实现频谱动态分配，以提高频谱资源利用效率并适应网络的动态变化。频谱感知是通过检测无线网络中的频谱使用信息，获得空闲的可用频段。自主决策与网络重构是分析可用的频谱资源，根据实时变化的用户需求和频谱利用策略，进行网络参数的调整，实现频谱资源的自适应配置。近年来，认知无线网络出现了若干新的发展方向。其一，认知无线网络与电能传输结合，使网络可以同时传输信息与电能。其二，认知无线电网络中引入了协作中继，次级用户作为中继，帮助主用户协作传输数据，进行信息协作。在未来的物联网与智能交通中，密集的无线传感器与智能车辆将造成通信需求的爆发式增长和无线频谱资源短缺，基于认知无线网络提出的认知物联网与认知车联网在缓解频谱资源压力方面将发挥重要作用。

（8）基于触觉的目标识别

机器人通过指尖触觉传感器实现对外部环境或目标物体的感知。触觉传感可以捕获多个对象属性，如物体的纹理、粗糙度、空间特征、柔度或摩擦等，因而成为智能机器人领域非常重要的传感模式。基于触觉的环境感知在需要精细操作的手术、对接触敏感的海底焊接等领域具有至关重要的作用。在实际的机器人操作中，机械手通常具有多指，不同手指的触觉数据构成序列，利用触觉序列数据集显示优势并考虑多指间的内在关系，开发联合核稀疏编码模型和核字典学习方法，有助于提高基于触觉的物体识别性能。此外，随着智能机器人技术迅猛发展，人们迫切希望赋予机器人类似人类皮肤的触觉感知能力，以提高智能仿生机器人的性能水平，因此柔性触觉传感器的研究也成为触觉传感领域的前沿内容，柔性多维触觉传感器的研制与开发是其中的重点与难点之一。

（9）近海岸波浪能资源评估及利用

近海岸波浪能作为一种可再生清洁能源，具有能量密度高和分布面广等特点，其开发和利用将对解决能源危机、环境污染和气候变化等问题发挥巨大的作用。科学界对于近海岸波浪能的研究主要集中在两方面：一是对近海岸波浪能储量和时空分布进行有效评估，以便为波浪能电站的建站选址和波浪能转换装置的设计提供有效的指导；二是对波浪能转换装置的设计、开发和实验。目前，在全球各海域海浪场分析和波浪能资源评估方面，海浪数值模拟是获取海浪参数的主要手段，但是其预报精度受到诸多因素制约，对于复杂海浪场的模拟能力有限，与现场观测数据存在一定的差距，所以仍需寻找一种能获取长时间、大范围海浪结果的现场观测手段来提高评估的准确性，丰富评估手段。此外，由于海洋环境复杂多变，波浪能本身的不稳定、储量大、分布广和利用难等特点，应用于海洋之中的波浪能转换装置还易受到海洋灾害性气候的侵袭。因此，近海岸波浪能资源评估利用与开发，在理论研究与装置研制等方面，尚有诸多艰巨的难题亟需解决，比如提高波浪能资源评估及预测的全面性和准确度、优化波浪能装置设计、提升波浪能装置响应速度和转换效率、提高波浪能装置稳定性和可靠性、降低制造和安装成本等。

（10）电 / 磁场强化纳米流体对流传热

纳米流体是在流体中加入纳米颗粒形成的一类新型传热冷却工质，具有较高的导热系数和良好的流体跟随性，将其应用于对流传热能够明显地提高系统的传热效果。近年来，在传统纳米流体的基础上，进一步利用电 / 磁场来强化对流传热逐渐成为国内外研究的前沿。目前，借助理论和数值仿真方法，阐述了在电 / 磁场作用下纳米流体分别作为单相流和多相流的对流传热特性，揭示了颗粒尺寸、形状、表面特性、颗粒和液体的化学性质等以及电 /磁场特性参数对纳米流体对流传热的影响规律。然而，由于电 / 磁场中纳米颗粒的受力和流动状况相当复杂，提出的理论与仿真模型难以全面考虑对流传热的影响因素。因此，还需采用先进、精确的测试方法对电 / 磁场强化纳米流体对流传热进行实验研究，积累丰富的实验数据，进而完善电 / 磁场作用下纳米流体对流传热的模型。在此基础上，准确阐述电 / 磁场对纳米流体对流传热的作用机理，有望推动其在工业中的应用。

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